Green Data Future Solutions -hankkeessa selvitettiin Matkailukeskus Kuopion Saanan sähkönkulutusta ja kulutuksen jakautumista. Saana on Kuopion Bellanrantaan vuoden 2019 alkukesästä avattu ympäri vuoden toimiva kokous-, terassi-, ravintola- ja spa-kokonaisuus. Idea sähkönkulutuksen selvitykseen syntyi vuoden 2022 alkusyksystä keskusteluista Saanan johtohenkilöiden kanssa. Perusongelmana oli, että sähkön kokonaiskulutuksen sai selville sähköyhtiön järjestelmästä, mutta heillä ei ollut lainkaan tiedossa, miten kulutus jakautui ja olisiko jossain säästökohteita. Lähdimme selvittämään kulutusta tutustumalla heidän laitekantaansa ja energiaratkaisuihin lokakuussa 2022.
Ensin taustatietoja Saanasta ja heidän energiajärjestelmästään. Spa-kokonaisuuteen kuuluu suihkutilat, sähkölämmitteinen yhteissauna 30 hengelle (36 kW kiuas), vuokrattava VIP-sauna (24 kW kiuas), pellettilämmitteinen savusauna ulkona, kaksi lämmitettyä ulko-allasta (iso ja pieni), ulkoporeallas, sisäporeallas, mahdollisuus uida järvessä ja lämpötuoleja. Spa on avoinna ma-la alkaen klo 11 aina iltaan asti (20-22) ja sunnuntaisin klo 12-18. Noin 150 asiakasta vetävä ravintola tarjoaa lounaan arkipäivisin, À la carten ti-la välillä ja brunssin lauantaisin. Lisäksi on tiloja kokouksia varten, ti-la palveleva baari ja laaja terassi.
Altaiden, käyttöveden ja ilmanvaihdon lämmitys tapahtuu kaukolämpöä käyttäen. Kahden maalämpöpumpun (30 kW) tuottamaa maalämpöä käytetään sisätilojen lattialämmitykseen ja vastaavasti ravintolan viilennykseen kesäisin. Lisäksi lämmitykseen on muutamia tarvittaessa päällä olevia sähköpattereita, muutama ilmalämpöpumppu, terassilla tarpeen mukaan käytettäviä lisälämmittimiä ja ulkoaltaille vievät sähkölämmitetyt matot. Erilaisia kylmälaitteita on melko runsaasti alkaen pienistä juomakaapeista aina kylmähuoneisiin ja pakastehuoneeseen. Keittiössä on kylmälaitteiden lisäksi mm. monenlaisia uuneja, paistolevyjä, lämpökaappeja ja pesukoneita. Ravintolan ja baarin puolella on omat kylmälaitteensa, astianpesukoneensa, kahvinkeittimet, kassat ja muut yleiset sähkölaitteet. Allaslaitteisiin liittyen on monenlaisia pumppuja ja lämmönsiirtimiä. Lisäksi vielä mm. ilmastointilaitteita ja lämmön talteenottimia.
Saimme laadittua jonkinlaisen listan erilaisista laitteista määrineen ja sen perusteella pystyimme jo karkeita arvioita tekemään kulutuksista. On kuitenkin vaikea maallikkona arvioida esim. uunien, puhdistuspumppujen, pakastinkaappien ja kiukaiden todellisia vuorokausikulutuksia. Laitteista ilmoitetaan yleensä vain niiden maksimitehot eikä niiden perusteella voida oikein arvioida todellista kulutusta. Aloitimme analyysit selvittämällä kokonaiskulutusten jakaumaa laskutettujen kulutusten perusteella.
Saimme sähköyhtiöltä ladattua tuntikohtaiset sähkönkulutukset vuosille 2021 ja 2022. Analysoimme tämän datan tekemällä siitä koosteita ja kuvaajia. Tunneittaiseen dataan liitettiin Ilmatieteen laitoksen säätietoja ja energiayhtiöltä saatuja kaukolämpötietoja. Vuorokausittain laskettiin summat, tunneittaiset keskiarvot, minimi ja maksimikulutukset, keskihajonnat ja lämpötilan keskiarvo, minimi sekä maksimi. Viikoittain, kuukausittain ja vuosittain laskettiin mm. summat, tunneittaiset keskiarvot (+ min ja max), peruskulutukset ja keskikulutukset päivittäin. Peruskulutukseksi laskettiin tässä kymmenen alimman mittauksen keskiarvo ja se kuvaa alhaisinta kulutusta, kun järjestelmät ovat pienimmällä teholla.
Yksi kiinnostava koonti tällaisesta datasta on kuukausittain laskea viikonpäivän ja tunnin mukaan keskiarvo (/median), minimi, maksimi ja keskihajonta.Tämä tieto kertoo esim. että “helmikuussa keskiviikkoisin kulutus on keskimäärin XX kWh klo 9 aamulla“. Yksi heatmap-tyylinen visualisointi tunneittaisesta keskikulutuksesta näkyy alla. Otimme myös erikseen analyysiin suurimmat ja pienimmät 5 % mittaustunneista. Näiden perusteella pystyttiin rajaamaan mm. kulutuspiikkejä ajankohdan mukaan; esimerkiksi “kulutus oli yli XX kWh lauantaisin klo 18 yhteensä 28 päivänä vuonna 2022“.
Tuntikohtaisista kokonaiskulutuksista saatiin irti mm. milloin kulutus oli suurimmillaan ja pienimmillään, onko kulutus miten tasaista ja ennustettavaa, vuodenajan mukaiset vaihtelut, viikonpäivien välisen vertailun, onko odottamattomia kulutuspiikkejä ja mitä on peruskulutus missäkin kuussa. Kokonaiskulutukset eivät itsessään kerro, mistä kulutuspiikit johtuvat. Siihen vastaamiseen tarvitaan tarkempaa ymmärrystä järjestelmästä, tarkempia mittauksia eri kohteista ja vaikka kävijämäärä- sekä säädatan yhdistämistä.
Saanan tapauksessa kulutukset olivat suurimmillaan perjantaina ja lauantaina klo 16-20 välillä ja alhaisimmillaan maanantaina ja sunnuntaina. Aukioloaikoihin (noin klo 11-20) kulutus oli keskimäärin noin kaksinkertainen verrattuna yöaikaan (klo 23-07). Yöaikaan kulutuksessa oli pienehköt hajonnat, mutta päiväaikaan oli huomattavia poikkeamia. Lämpötilalla ei vaikuttanut olevan merkittävää korrelaatiota kulutukseen johtuen mm. siitä, ettei sähköllä lämmitetty suoraan. Kävijämäärien vaikutusta oli tarkoitus selvittää, mutta lopulta tätä analyysiä ei tehty. Pienin kokonaiskulutus oli lokakuussa ja suurin joulukuussa. Ylipäätään kesäaikaan (sesonki) kulutus oli jonkin verran suurempaa kuin alkusyksystä eikä talvi juuri nostanut kokonaiskulutusta. Vuoden 2021 koronasulku keväällä aiheutti huomattavan pudotuksen myös kulutukseen Saanan ollessa kiinni muutaman viikon.
Saimme kokonaiskulutusten analyyseistä aika hyvän kuvan, millaista kulutus oli milloinkin. Emme kuitenkaan pystyneet sanomaan juuri mitään varmaa, mihin se kaikki sähkö oikein kului. Ensimmäisen vierailun yhteydessä selvisi, että automaatiojärjestelmään oli jo liitetty puolen tusinaa sähkömittaria alakeskuksiin. Valitettavasti näiden mittareiden tuottamaan dataan emme päässeet käsiksi eikä järjestelmästä saanut irti kuin koontitietoja edelliseltä päivältä, edelliseltä kuukaudelta ja koko ajalta. Saimme huoltohenkilöltä joitain koontitietoja, joista selvisi mm. muutaman kohteen joulukuun 2022 kokonaiskulutus. Näissä tiedoissa oli lähinnä LVI-konehuoneiden kokonaiskulutukset, keittiön ja ravintola kokonaiskulutus ja maalämpöpumppujen kokonaiskulutus; ei lainkaan mm. spa-osaston kulutuksia. Lukemien luotettavuuskin oli melko kyseenalainen “kokonaiskulutusta” mittaavan laskurin näytettyä joulukuulle 40 % korkeampaa lukemaa kuin sähköyhtiöltä saatu kulutustieto. Lopulta ei saatu selville syytä tähän poikkeamaan.
Päätimme kokeilla etsiä Savonian sähkötekniikan opiskelijoita tekemään tarkempia mittauksia ja onnistuimmekin löytämään kolmen opiskelijan ryhmän tekemään mittauksia osana projektityön kurssia. Sähkökuvien metsästys osoittautui odotettua hankalammaksi, kun oli tapahtunut erilaisia henkilö- ja yritysmuutoksia. Sähkökuvat tarvittiin löytämään kiinnostavat mittauskohteet ja eri liitäntöjen alla olevat laitteet. Opiskelijoilla ei ole lupaa tehdä alakeskusten mittauksia ilman pätevän sähköalan ammattilaisen läsnäoloa. Haasteista huolimatta lopulta saatiin järjestymään mittaukset maalis-huhtikuun vaihteeseen 2023. Mittaukset tehtiin viikon jaksoina kolmesta kohteesta kerrallaan. Näin saatiin kuusi kohdetta mitattua. Useampaa ei voitu mitata, kun mittareita ei saatu kolmea enempää eikä aikaakaan ollut. Mitatut kohteet olivat kahden konehuoneen IV-koneet, keittiöön liittyvä “lämpökenttä”, allaslaitteet, pääkiuas ja lämpömatot. Yksi mittari hyytyi melko nopeasti ulkona olleita lämpömattoja mitattaessa, joten dataa ei saatu kuin muutamalta tunnilta. Kaikista muista kohteista saatiin viikon ajalta mittaukset minuutin tarkkuudella.
Analyysissä mitatuista tehoarvoista laskettiin tuntikohtaiset sähköenergian määrät ja tehopiikit. Tähän dataan yhdistettiin sähköyhtiöltä saadut todelliset tuntikohtaiset kokonaiskulutukset mittausajanjaksoilta ja näin saatiin arvioitua mitattujen kohteiden osuuksia kokonaiskulutuksesta. Opiskelijat selvittivät myös sähkön laatuun liittyviä asioita osana projektiaan. Kuvassa on esimerkkinä 36 kW pääkiukaan energiankulutukset viikon aikana. Pääkiukaan kulutus oli yksi eniten Saanan henkilöitä kiinnostanut tieto projektia suunniteltaessa. Suurin mitattu teho oli 30 kW ja päälläoloaikoina teho oli keskimäärin 16,8 kW eli vajaa puolet ilmoitetusta maksimitehosta.
Automaatiosta saatujen tietojen ja opiskelijoiden tekemien mittausten perusteella saatiin laadittua karkea hahmotelma energiankäytön jakautumisesta Saanalla. Alla olevassa kuvassa on yksinkertaistettu versio tästä jakaumasta. Pääkiuas aiheutti tuona mittausaikana noin 18 % kokonaiskulutuksesta. Altaiden pumput ja muut allaslaitteet kuluttivat noin 13 %. Keittiö yhteensä puolestaan noin 23 %, jossa erilaiset lämmityslaitteet noin 9 %. Maalämpöpumput puolestaan noin 7 %. Ravintolan ja lämpömattojen osuus on laskennallinen arvio. Jatkossa voitaisiin lähteä pureutumaan tarkemmin eri kokonaisuuksien alle aina yksittäisen laitteen kulutuksiin asti. Energiamittausten dataa voitaisiin yhdistää myös esim. sisälämpötilan mittauksiin ja kävijämäärädataan yhteyksien löytämiseksi.
Mittausten perusteella mm. IV-laitteissa oli jo valmiiksi ajastettu yöaikaan pienempi teho ja allaslaitteet pyörivät pääosan aikaa samalla teholla. Säästöjä Saanalla voitaisiin saada hienosäätämällä mm. kiukaan ja muiden laitteiden päälläoloaikoja ja tehoja. Saana on melko uusi ja moderni kiinteistö, joten erilaiset kulutukseen liittyvät asiat on huomioitu jo rakennusvaiheessa huomattavasti paremmin kuin monissa vanhemmissa rakennuksissa. Merkittäviä säästökohteita ei siis aivan helposti löydy, mutta monet laitteet lienevät Saanallakin välillä turhaan päällä. Selkeistä säästökohteista esille nousi erityisesti sähkökäyttöisten lisälämmittimien käytön vähentäminen. Saana voisi saada myös huomattavat säästöt pidemmällä aikavälillä investoimalla aurinkovoimalaan. Tätä tukisi sekin, että aurinkoiset kesäpäivät ovat sesonkiaikaa ja silloin sähkönkulutuskin on suhteellisen merkittävää. Selvitimme tässä hankkeessa myös Jätekukon aurinkoenergian tuotantoa ja saatuja säästöjä.
Hankkeemme ja Saanan kannalta kiinnostavaa oli selvittää myös maalämmön avulla saatuja rahallisia ja ympäristöllisiä säästöjä. Suhteuttamalla maalämpöpumppujen käyttämä sähköenergia tuotetun maalämmön määrään koko Saanan olemassaolon aikana saatiin hyötysuhteeksi noin 2,3. Maalämpöpumput olivat tuottaneet automaatiojärjestelmän mukaan 173,6 MWh lämpöä vuosien 2019-2022 aikana. Alla on yksinertaistettu vertailu tämän lämpöenergiamäärän tuottamisen päästöistä ja kustannuksista eri lämmitysmuodoilla. Päästö- ja kustannuskertoimille arviot on hankittu eri energiayhtiöiden kautta vuodelle 2022. Esimerkiksi sähkön kokonaishinnan arvio 150 € / MWh (alv 0%) sisältää energiamaksut ja verkkomaksut. Laskelmiemme perusteella tämä on ollut aika hyvä arvio viime vuosille, vaikkakin vuonna 2022 hinta olikin jonkin verran suurempi energiakriisistä johtuen. Näiden suuntaa-antavien laskelmin perusteella voidaan todeta maalämpöpumpun olevan hyvä investointi sekä päästöjen että kustannusten suhteen. Maalämmön kustannuksissa ei tosin ole huomioitu itse järjestelmän investointikustannuksia.
Saanalle luotiin koonteja ja raportteja tehdyistä toimenpiteistä ja pidettiin heidät tietoisina projektin etenemisestä. Tämän kaltaisista energiankulutuksen jakautumisanalyyseistä olisi hyötyä monille yrityksille, organisaatioille ja miksei yksityishenkilöillekin. Kovinkaan moni tuskin tietää, miten vaikka omassa kodissa sähkönkulutus jakautuu eri laitteiden välille ja millainen kulutus milloinkin on (löytyy mm. tällaisia yleiskatsauksia). Tällaisen tiedon avulla voitaisiin löytää kotoa tai yrityksestä merkittäviä säästökohteita ja säätää eri laitteiden päälläoloaikoja sekä tehoja. Green Datan mahdollisissa jatkohankkeissa olemme miettineet yhdeksi vaihtoehdoksi tehdä enemmän tällaisia energiankulutuksen tutkimuksia. Tässä projektissa kerättyjen kokemusten pohjalta jatkossa osattaisiin kohdentaa mittaukset ja analyysit aiempaa tarkemmin.
Jesse Honkanen
TKI-asiantuntija, Savonia-ammattikorkeakoulu
jesse.honkanen(at)savonia.fi
Projektissa mukana
Kiitokset Saanan henkilökunnalle tämän projektin mahdollistamisesta. Kiitokset avusta myös asiantuntijoille Savon High Voltage Oy, Jataku Oy, Granlund Kuopio Oy, Pool4You Oy, PR-Kaluste ja Saneeraus Oy ja Kuopion putkiapu Oy yrityksistä.
Green Data Future Solutions -hanke:
- Jesse Honkanen
- Laura Leppänen
Savonian sähkö- ja automaatiotekniikka:
- Jari Ijäs (opettaja)
- Oskari Suutari
- Patrik Virpi
- Roopert Surakka
Matkailukeskus Kuopion Saana:
- Jukka Savolainen
- Ari Lempinen
- Hanna Heinikainen